甘油二酯

甘油二酯（Diacylglycerol, DG）是一類甘油三酯（Triacylglycerol, TG）中一個脂肪酸被羥基取代的結構脂質。DG 是天然植物油脂的微量成分及體內脂肪代謝的內源中間產物，它是公認安全（GRAS）的食品成分。近年來發現，膳食DG 具有減少內臟脂肪、抑制體重增加、降低血脂的作用，因而受到廣泛的關注。

基本介紹

• 中文名：甘油二酯
• 外文名：Diacylglycerol, DG
• 屬於：結構脂質
• 食用作用：內臟脂肪、抑制體重增加、降血脂

物質介紹

DG具有安全、營養、加工適性好、人體相容性高等諸多優點，是一類多功能添加劑，在食品、醫藥、化工（化妝品）等行業已有廣泛的套用。對DG的研究具有重大的理論意義和現實意義。

DG作為多功能添加劑，除了日本花王、美國阿徹-丹尼爾斯-米德蘭等公司申報的相關專利，世界主要生產商一般將其製備技術作為商業秘密保護，在國內外文獻中鮮有報導。關於DG製備的研究，日本走在世界的前列。國內近幾年對DG酶法生產進行了研究開發，申請了DG的相關專利，但目前國內DG尚未見產業化報導。

DG生產方法早期多採用化學法生產，但反應專一性差、反應步驟繁冗且需大量的化學試劑或有機溶劑。採用脂肪酶催化合成DG，可實現清潔生產和綠色生產的需要。DG的工業化生產需要採用連續高效的生產方法。其中最重要的因素主要有三個方面：

（1）固定化脂肪酶的選擇：是決定生產DG的生產效率的關鍵因素。固定化脂肪酶可反覆利用，降低脂肪酶成本；反應體系中酶濃度高，反應速度快，周期短；酶的專一性強，副反應少，降低純化費用。

（2）固定化酶反應器：為實現DG工業化生產，間歇的攪拌式反應器並不適合，因為固定化酶不能高密度地裝填到這種反應器中，同時攪拌所產生剪下力很容易使酶蛋白脫落載體變性並失活。填充床（固定床）式反應器是適合工業化長期連續操作的，並能達到固定化酶的最大利用化。

（3）分離提取方法：己報導過的甘油酯提純方法主要有四種：溶劑結晶分離法，柱層析分離法，超臨界CO2 萃取法，分子蒸餾法。經分析比較分子蒸餾法可為實現DG的工業化生產提供高效的純化方法。

甘油二酯是油脂的天然成分，也是油脂代謝的中間產物，具有安全、營養、加工適性好、人體相容性高等諸多優點，是一類多功能添加劑，在食品、醫藥、化工（化妝品）等行業已有廣泛的套用，而以普通油脂為原料製取的具營養保健功能的甘二酯油近來成為了油脂開發的主攻方向之一，成為各大油脂公司競相開發的焦點，國內有關部門已將甘油二酯列入建議重點發展的新產品。

結構與功能

甘油二酯是由丙三醇（甘油）與兩個脂肪酸酯化後得到的產物，簡稱甘二酯、雙甘酯，英文名為diglyceride或diacylglycerol簡寫為DG 、DAG。它分為1,3-甘油二酯和1,2-甘油二酯兩種異構體。

研究表明甘油二酯（DG）在降血脂、減少內臟脂肪、抑制體重增加等方面有重要功能。此功能主要是通過抑制甘油三酯（TG）在體內蓄積實現的。1993年K.Hara等人[1]最早發現膳食DG 具有降低實驗大鼠血清甘油三酯的作用。Masakasu[2]在K.Hara研究的基礎上進一步假設DG 的降血脂功能可能是DG 與TG 在腸道中的代謝途徑不同引起的。TG在腸道中，兩端脂肪酸由於脂肪酶作用，被酶解為2-單甘酯（MG）與游離脂肪酸（FA），並在小腸上皮細胞被吸收。在小腸上皮細胞中，FA與2-MG再次被迅速合成為TG（中性脂肪），作為血中中性脂肪在全身運動，那些未被作為能量利用的中性脂肪便作為體內脂肪而蓄積。而DG大多都被分解為不能再合成脂肪的1-MG與脂肪酸，由於1-MG與2-MG中脂肪酸與甘油結合的位置不同，因此作為中性脂肪合成原料有很大差別，在小腸內向中性脂肪再次合成極其遲緩。細胞內游離脂肪酸濃度變高，並通過β-氧化途徑最終被分解為水和二氧化碳釋放，因此DG在小腸脂質分解和能量利用率提高。同時使食用DG後血液中的中性脂肪難以上升，這樣，若持續食用DG，便可減少體內脂肪積累。Yang, Kuksis等人[3]研究表明經α-磷酸甘油途徑形成的TG 不形成乳糜微粒，而是儲存於小腸絨毛上皮細胞中。

由此推斷膳食DG，不僅能影響乳糜微粒甘油三酯的組成，而且會影響其轉運。1997年Hiroguki 等人[4]用實驗大鼠進一步研究了DG的營養特點。研究發現DG和TG的消化和代謝途徑明顯不同。Hiroyuki et al [5]用大鼠為實驗模型明確地證明了DG 的減肥功能與其熱量值無關，而是由於吸收進入小腸絨毛後的代謝途徑不同引起的。隨著研究的深入，科研人員對體重調節的分子生物學機制有了進一步認識。Takatoshi Murase等人[6]的研究從分子水平解釋了膳食DG 抑制脂肪蓄積的機理。

套用

食品工業

用富含DG的油脂加入麵糊中製成的蛋糕等焙烤製品極易脫模，產品不粘盤且口感柔軟、潤滑。由DG組成的起酥油製成的麵團持油性好，輥壓、分割容易。成品口感良好、風味特殊，在紙膜上放置一夜幾乎不留油痕。DG、卵磷脂及其它添加劑研製的促溶劑，能加速固體飲品的溶解，使產品更加潤滑、豐滿、並具有期望的泡沫。用富含DG的油脂塗層的預蒸煮米飯，可大大延長即食米飯的貨架期，不僅米飯的組織完好、外觀晶瑩透亮、而且保持了大米的自然香氣。用甘油酯混和物(DG 5%—50% ，MG 35%—75%)在1—16℃下浸泡保藏鮮肉，能降低乾耗、防止褪色、不改變肉的自然狀態。在果蔬保鮮常用的塗膜劑中添加塑性良好的DG可彌補現有塗膜劑的不足，並增加抑菌功能。在食品中用DG替代普通油脂，不僅不影響食慾，而且可以抑制體重增加，可利用DG生產具有減肥作用的功能食品，如低熱量的人造奶油、糖果、朱古力、焙烤製品、塗抹黃油、蛋黃醬、冰淇淋等等。

醫藥工業

DG能夠降低人和小鼠血清甘油三酯，可用於預防和治療高脂血症以及與高脂血症密切相關的心腦血管疾病，如動脈硬化、冠心病、中風、腦血栓等。製藥工業中，DG除了用作乳劑、粉劑的輔助成分之外，還可直接與藥品結合，加速藥品吸收，控制藥物釋放。

化工工業

化工行業中，1,3-DG是極有吸引力的合成起始原料，可用於樹脂、磷脂、糖酯、酯蛋白、重構脂質等多種化合物的合成，也可用於生物工業合成酶激活劑、抑制劑等，化妝品行業中DG是優良的乳化劑、穩定劑、潤濕劑等等。

其他套用

DG也可以製造除臭劑。這種除臭劑不污染環境，對人體安全無害，對各種臭味均有較好的去除效果，且價格低廉，可用於食品、衛生等各行業和領域的脫臭。此外，根據DG的性能，它還可用於食品塗料、消泡劑、皮革加脂劑等。

因此，對DG的工業化生產研究不僅具有重大的理論意義，而且還具有重大的現實意義。

研究進展

DG作為多功能添加劑，除了日本花王、日本旭電、日本三得利、美國阿徹-丹尼爾斯-米德蘭等公司申報的相關專利，世界主要生產商一般將其製備技術作為商業秘密保護，在國內外文獻中鮮有報導。關於甘二酯製備的研究，日本走在世界的前列，Yasukawa和他的研究小組在1988年就已開發了一種能減肥的特殊食用油脂，這種油脂主要成分是DG。1997年以來，日本花王公司在甘二酯領域進行了持續的開發，分別在日本、美國、中國申請了多個有關甘二酯製備方法和甘二酯油組分的專利。另外，韓國第一製糖企業已於2006年推出了具減肥功效的甘二酯油產品。

就國內而言，在添加劑方面，甘二酯作為單甘酯的副產物在化工企業早有生產。嘉里糧油、鄭州糧院、清華大學等機構已開展DG的基礎研究，但是未取得突破性進展。由於DG的生產是多學科集成技術，單方面的技術優勢不足以實現技術突破，且國外核心工程化技術處於保密狀態，目前國內DG尚未見產業化報導。目前，國家糧食儲備局無錫科研設計院結合自身在油脂工程、生物工程、食品工程等相關領域的研究經驗，正在對DG的工業化生產進行研究，已取得階段性成果，為早日實現DG的工業化打下了良好基礎。

生產和工業化

生產方法

天然存在的DG 很少，主要是通過油脂的產後修飾技術獲得。就方式而言，產後修飾可以由生物催化劑實現，也可由傳統的化學催化劑完成。化學法生產DG 具有成本低、運行經濟，容易實現規模生產的優點。早期人們多用此法生產DG。然而由於反應缺乏專一性，所得產品是1,2-、1,3-DG 的混合物，比例通常為7:3~6:4。因此該法通常不能預測脂肪酸在終產品中的結合位置。雖然通過特異的化學反應也可生產結構特殊的1,3-DG，但需保護劑，反應步驟繁雜冗長，且需大量的化學試劑或有機溶劑，這對於食品、醫藥行業是不期望的，從清潔生產、綠色環保的要求來看也是不適合的。脂肪酶催化的酯交換反應包括轉酯化、甘油解、酸解反應。由於脂肪酶具有精巧的選擇性（脂肪酸專一性、位置專一性、結構專一性、光學異構專一性），酶催化法可對產物實現精確的控制，並可方便的開發具有特殊結構的產品。酶法反應條件溫和，所得產品質量好（如色澤、活性等），而且能耗低。另外由於酶的高度選擇性，使得反應更有效，副反應少，產品純度高，既可降低純化費用，又可減少環境污染。酶法催化生產DG 最大的問題是脂肪酶價格昂貴。解決的方法一種是開發新的菌種或用基因手段改良生產菌株，增加酶的產量，提高單位酶活力；另一種是改善酶的穩定性，增加酶的使用次數，最佳化酶的反應條件以提高酶的轉化率。後者由於方法直接、周期短、見效快而被廣泛採用。固定化酶即為最好的實例。其優點如下：① 固定化後，酶穩定性增加，故可反覆利用，降低成本；② 當採用固定化酶反應柱時，由於反應物連續流過反應柱，幾乎不存在產物抑制，因此反應更完全；③ 反應體系中酶濃度高，反應速度快，周期短；④ 如前所述，由於酶的專一性強，副反應少，因此純化費用低。固定化酶的以上優點在一定程度上彌補了脂肪酶價格昂貴的不利因素。而用游離態脂肪酶生產DG存在酶回收困難的缺點，因而尚未見工業化的報導。

研究方向

目前生產DG的傳統方法各有優缺點和局限性，研究DG的工業化生產需比較已有方法並對其進行進一步最佳化和組合，其中決定工業化生產DG的成功與否的重要的研究內容和方向有：

酶的選擇

脂肪酶由於成本較高，生產上多採用固定化形式。目前商品化脂肪酶主要是丹麥諾威信公司(Novozyme)、日本天野製藥(Amano Co)及Fluka 的產品。日本花王在2002年申請的專利中，使用了一種固定化偏甘油酯脂肪酸酶，固定擔體為合成吸附樹脂，是一種水解偏甘油酯如單甘酯和DG，但不水解甘油三酯的脂肪酶。經過該酶催化進行直接酯化反應得到的DG濃度可以達到80%以上。酶的反應效率決定了生產DG的生產效率，因此選擇何種酶進行DG的生產是工業化生產DG的關鍵。

反應器

為實現DG工業化生產，間歇的攪拌式反應器並不適合，因為固定化酶不能高密度地裝填到這種反應器中，同時攪拌所產生剪下力很容易使酶蛋白脫落載體變性並失活[9]；而填充床（固定床）式反應器是適合工業化長期連續操作的，並能達到固定化酶的最大利用化。已報導用填充床式反應器進行DG生產的有華南理工大學的楊博[10]和江南大學的孟祥河[11] 等，為DG的工業化連續生產進行了初步研究。

分離提取方法

採用酯化法或者甘油解法製備的DG純度都只有60%左右，其中含有較多的甘油三酯、單甘酯、還有少量的脂肪酸和甘油。為了獲得更高純度的DG，滿足消費需要，必須進行產品純化。目前己報導過的甘油酯提純方法主要有四種：溶劑結晶分離法，柱層析分離法，超臨界CO2 萃取法，分子蒸餾法。溶劑結晶分離法和柱層析分離法雖然操作成本低，但工藝複雜，耗時長。處理能力小，難以實現工業化生產；超臨界CO2 萃取法作為一種新的分離方法，但由於維持超臨界狀態需很高的操作壓力，對降低生產成本十分不利。分子蒸餾是在200℃左右，1～1.5Pa 的極高真空度條件下，從蒸餾液面上將相對較低沸點的分子蒸發出來後立即進行冷卻，實現分離，與普通蒸餾不同之處是分子蒸餾過程沒有汽液平衡系統的出現[12]。利用分子蒸餾可將未反應的甘油、單甘酯依次分離出來。此法是目前工業上高純度單甘酯生產法中最常用及最有效的，所製得的單甘酯產品達到食品級要求。而將分子蒸餾單甘酯的思路套用於純化DG產品，可為實現DG的工業化生產提供高效的純化方法。

綜上，實現DG的工業化生產不僅僅是追求DG的高純度，更應該滿足工業化長期連續操作，而實現酶利用和DG產率的最大化。

甘油二酯的前景

DG 在2000年底被FDA列入公認安全性食品行業。2003年，DG在國際上流行並成為最暢銷的健康油脂。國家糧食儲備局無錫科研設計院通過成立DG研究組，與相關院校合作，對DG的生產工藝、裝備及DG工業化生產的關鍵因素進行了研究，為工業化生產DG打下了良好基礎，不久將會出現突破性進展，以實現DG在中國的真正工業化，使DG早日成為食用油的換代產品，讓國人的飲食更健康，更安全。